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生于忧患、死于安乐?研究表明刺激的环境,会让大脑保持年轻

  1. 大脑|神经

来源:生物谷 2021-07-20 16:56

“生于忧患,死于安乐”语出《孟子·告子下》,这句话意图提醒人们,忧愁患难的处境可以使人发奋而得以生存,安逸快乐的生活可以使人懈怠而灭亡。可见,2000年前古人就已经参透环境对一个人成长发展中的影响。纵观古今,貌似这句话一直在历史的长河中不断地被验证着,证实着。如今我们已然处于医学科技发展的鼎盛时代,生活环境与人类大脑之间的关联也在微观生物学数据中一步步被呈现
“生于忧患,死于安乐”语出《孟子·告子下》,这句话意图提醒人们,忧愁患难的处境可以使人发奋而得以生存,安逸快乐的生活可以使人懈怠而灭亡。可见,2000年前古人就已经参透环境对一个人成长发展中的影响。

纵观古今,貌似这句话一直在历史的长河中不断地被验证着,证实着。如今我们已然处于医学科技发展的鼎盛时代,生活环境与人类大脑之间的关联也在微观生物学数据中一步步被呈现。这就不得不提及几个关键词:表观遗传学、DNA甲基化以及大脑衰老。



表观遗传学是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如DNA甲基化和染色质构象变化等。目前对于产生DNA甲基化的各种遗传和环境因素及其生物学效应已经进行了广泛而深入的研究,其中DNA甲基化水平与衰老方面的研究是表观遗传学的一个热点的研究方向。

随着年龄的增长而日渐衰老的过程中,大脑的功能也在逐渐下降,通常表现为认知障碍,神经退行性疾病的增加以及神经可塑性的丧失,严重者则会产生阿尔兹海默症,这些临床表现均与年龄相关的DNA甲基化水平降低有关。因此,DNA甲基化水平可以作为一个表观遗传学时钟,用于衡量衰老的生物标志。

生活中进行体育锻炼,产生认知刺激以及开展社交互动,这些被认为可减轻年龄相关的大脑功能下降,改善衰老状态。但其与年龄相关的DNA甲基化之间的影响还尚不清楚,不禁让人遐想此类生活方式能否真正通过改变甲基化水平来影响衰老中的大脑功能吗?

近日,德国德累斯顿工业大学的研究员在Nature Communication期刊中发表了名为“Environmental enrichment preserves a young DNA methylation landscape in the aged mouse hippocampus”的文章,证实了高刺激的环境能恢复大脑记忆控制中心海马体中与年龄相关的DNA甲基化水平,保持海马体的年轻化。这也直接地证实多样丰富的老年生活方式有助于减缓大脑衰老,保持健康的生活状态。


本研究以6周龄的小鼠为生物模型,随机分成两组,一组在生活在塑料玩具和隧道中;另一组生活在标准笼舍中,无任何设备,总计饲养3个月。然后对两组小鼠进行全基因组DNA甲基化分析。结果发现,在有塑料玩具和隧道的环境中成长的小鼠相较于标准笼舍中的小鼠,随着年龄的增长,DNA甲基化水平下降更少,更不明显,也就说明在刺激环境中的小鼠相对与呈现更为年轻的状态。

随后进一步了解刺激环境影响大脑海马体中新生神经元和相关细胞对应基因和信号通路。结果表明与标准笼舍/低刺激环境的小鼠相比,刺激环境的小鼠组能激发产生更多的新生神经元,使海马体呈现更加年轻的状态,同时大脑也更具有延展性和神经可塑性。

最后研究员们探索了刺激环境是否可逆转老年小鼠中与年龄相关的甲基化水平变化。可喜的是答案是肯定的,刺激环境可以使老年小鼠DNA甲基化重新恢复到年轻的状态,提出防止与年龄相关的基因失调和认知能力下降的可能性。

当然对于人类来讲,生活方式的刺激以及对应的反应都比小鼠模型要复杂的多,但基本的表观遗传原理是一致的,日后需要更深层次的研究来论证。

总体来说,小鼠模型的全基因组DNA甲基化分析显示,高刺激环境可以提高/恢复大脑海马体中与年龄相关的DNA甲基化水平,也预示着其对于预防老年动物大脑功能退化、促进大脑功能等方面存在巨大潜力。(生物谷 bioon)

参考文献:
Zocher S, Overall RW, Lesche M, Dahl A, Kempermann G. Environmental enrichment preserves a young DNA methylation landscape in the aged mouse hippocampus. Nat Commun. 2021 Jun 23;12(1):3892. doi: 10.1038/s41467-021-23993-1. PMID: 34162876; PMCID: PMC8222384.

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